Экранирование помещений

Для полного устранения наводок от технических средств передачи информации (ТСПИ) в помещениях, линии которых выходят за пределы контролируемой зоны, необходимо не только подавить их в отходящих от источника проводах, но и ограничить сферу действия электромагнитного поля, создаваемого в непосредственной близости от источника системой его внутренней электропроводки. Эта задача решается путем применения экранирования. Экранирование подразделяется на:

• электростатическое;

• магнитостатическое;

• электромагнитное.

Электростатическоеимагнитостатическоеэкранирование основывается на замыкании экраном, обладающим в первом случае высокой электропроводностью, а во втором — магнитопроводностью, соответственно, электрического и магнитного полей. На высокой частоте применяется исключительноэлектромагнитноеэкранирование. Действие электромагнитного экрана основано на том, что высокочастотное электромагнитное поле ослабляется им же созданным (благодаря образованию в толще экрана вихревых токов) полем обратного направления. Если расстояния между экранирующими цепями составляют примерно 10% от четверти длины волны, то можно считать, что электромагнитные связи этих цепей осуществляются за счет обычных электрических и магнитных полей, а не в результате переноса энергии в пространстве с помощью электромагнитных волн. Это дает возможность отдельно рассматривать экранирование электрических и магнитных полей, что очень важно, так как на практике преобладает какое-либо одно из полей и подавлять другое нет необходимости.

Чтобы выполнить экранированное помещение, удовлетворяющее указанным выше требованиям, необходимо правильно решить вопросы, касающиеся выбора конструкции, материала и фильтра питания. Теория и практика показывают, что с точки зрения стоимости материала и простоты изготовления преимущества на стороне экранированного помещения из листовой стали. Однако при применении сетчатого экрана могут значительно упроститься вопросы вентиляции и освещения помещения. В связи с этим сетчатые экраны находят широкое применение. Для изготовления экрана необходимо использовать следующие материалы:

• сталь листовая декапированная ГОСТ 1386-47 толщиной 0,35; 0,50; 0,60; 0,76; 0,80; 1,0; 1,25; 1,50; 1,75; 2,0 мм;

• сталь тонколистовая оцинкованная ГОСТ 7118-54, толщиной 0,51; 0,63; 0,76; 0,82; 1,0; 1,25; 1,5 мм;

• сетка стальная тканая ГОСТ 3826-47 №№ 0,4; 0,5; 0,7; 1,0; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,5;

• сетка стальная плетеная ГОСТ 5336-53 №№ 3; 4; 5; 6.

• сетка из латунной проволоки марки Л-80 ГОСТ 6613-53: 0,25; 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 2,6.

Чтобы решить вопрос о материале экрана, необходимо ориентировочно знать значения необходимой эффективности экрана, т.е. во сколько раз должны быть ослаблены уровни излучения ТСПИ. С этой целью в том месте, где предполагается установка экрана, следует предварительно измерить уровень поля от источников ТСПИ. Необходимая эффективность экрана, в зависимости от его назначения и величины уровня излучения ТСПИ, обычно находится в пределах от 10 до 100 раз, т.е. от 40 до 120 дБ. Грубо можно считать, что экраны, обладающие эффективностью порядка 40 дБ, обеспечивают отсутствие излучений ТСПИ за пределами экранированного помещения. Эффективность сплошного экрана может быть рассчитана по формуле:

Э = 1,5 chdt,

где d— эффективность вихревых токов;t— толщина экрана, мм;Z— волновое сопротивление диэлектрика (воздуха), Ом;Z— волновое сопротивление металла, Ом.

В подавляющем большинстве случаев в экранированных помещениях, имеющих эффективность порядка 65–70 дБ, экранирование позволяет закрытые мероприятия. Такую эффективность дает экран, изготовленный из одинарной медной сетки с ячейкой 2,5 мм (расстояние между соседними проволоками сетки). Экран, изготовленный из луженой низкоуглеродистой стальной сетки с ячейкой 2,5–3 мм, дает эффективность порядка 55–60 дБ, а из такой же двойной (с расстоянием между наружной и внутренней сетками 100 мм) — около 90 дБ. Эффективность экранирования помещений может быть рассчитана точно по формуле:

Э = 1 + ; = ,

где R— сопротивление проволоки переменному току;R— сопротивление проволоки постоянному току;μ— магнитная проницаемость (для стали 100–200);S— ширина щели (ячейки);r— радиус проволоки;δ— коэффициент вихревых токов;R— радиус экрана.

Для прямоугольного экрана Rопределяется из выражения:

R= .

Коэффициент вихревых токов определяется из выражения:

• для меди δ = 21,2 ∙ 10 ;

• для стали δ = 75,6 ∙ 10 ;

• для алюминия δ = 16,35 ∙ 10 .

Значения коэффициента вихревых токов для меди, стали и алюминия в зависимости от частоты представлены в табл. 16.7.

Таблица 16.7.Значение коэффициента вихревых токов для некоторых материалов

Эффективность экранирования с двойным сетчатым экраном определяется по формуле:

Э = Э Э ,

где ЭиЭ— эффективности экранирования внутреннего и наружного экранов, которые вычисляются по приведенным выше формулам.

Размеры экранированного помещения выбирают, исходя из его назначения, стоимости и наличия свободной площади для его размещения. Обычно экранированные помещения строят 6–8 м²при высоте 2,5–3 м.

Металлические листы или полотнища сетки должны быть между собой электрически прочно соединены по всему периметру. Для сплошных экранов это может быть осуществлено электросваркой или пайкой. Шов электросварки или пайки должен быть непрерывным с тем, чтобы получить цельносварную геометрическую конструкцию экрана. Для сетчатых экранов пригодна любая конструкция шва, обеспечивающая хороший электрический контакт между соседними полотнищами сетки не реже, чем через 10–15 мм. Для этой цели может применяться пайка или точечная сварка.

Двери и окна помещений должны быть экранированы. При замыкании двери (окна) должен обеспечиваться надежный электрический контакт со стенками помещений (с дверной или оконной рамой) по всему периметру не реже, чем через 10–15 мм. Для этого может быть применена пружинная гребенка из фосфористой бронзы, которую укрепляют по всему внутреннему периметру рамы.

При наличии в экранированном помещении окон последние должны быть затянуты одним или двумя слоями медной сетки с ячейкой не более 2 х 2 мм, причем расстояние между слоями сетки должно быть не менее 50 мм. Оба слоя должны иметь хороший электрический контакт со стенками помещения (с рамой) по всей образующей. Сетки удобнее делать съемными, а металлическое обрамление съемной части также должно иметь пружинные контакты в виде гребенки из фосфористой бронзы.

Экранирующие свойства имеют и обычные помещения. Степень их защиты зависит от материала и толщины стен и перекрытий, а также от наличия оконных проемов. В табл. 16.8 приведены данные о степени экранирующего действия разных типов помещений в зависимости от частоты радиосигнала.

Таблица 16.8.Экранирующие свойства помещений (зданий) с оконными проемами, площадь которых составляет 30% площади стены

Следует отметить эффективность экранировки оконных проемов в железобетонных зданиях на частотах 100–500 МГц. Это объясняется тем, что экран из арматуры железобетонных панелей и решетки, закрывающей оконные проемы, эффективно ослабляет радиоизлучение. Уменьшение экранировки на частотах 1 ГГц и выше является следствием того, что размер ячейки арматуры становится соизмеримым с ½длины волны (15 см).

Существует мнение, что металлизированные стекла эффективно ослабляют электромагнитное излучение. Но это утверждение лишено оснований — металлизация алюминием толщиной 4 мкм ослабляет сигнал на частоте 1 ГГц всего на 5 дБ, а на более низких частотах и того меньше. При этом стекло с такой металлизацией практически не пропускает дневной свет.

Таким образом, при подборе помещения для проведения конфиденциальных переговоров необходимо уделить некоторое внимание конструктивным особенностям данных помещений с точки зрения их звукоизоляционных свойств и особенностей распространения виброакустического сигнала.

При рассмотрении помещения в целом можно выделить следующие его конструктивные части:

• стены и перегородки;

• перекрытия и потолки (междуэтажные перекрытия);

• оконные и дверные проемы;

• трубопроводы.

При решении вопросов звукоизоляции стенанализируют два основных фактора, которые определяют их эффективность, — масса на единицу поверхности и ширина воздушной прослойки в двойных стенах. Следует отметить, что при одинаковой массе перегородки из одних материалов обладают большей звукоизоляцией, чем перегородки из других материалов.

Частотные характеристики изоляции воздушного шума в диапазоне частот 63–8000 Гц и индекс изоляции воздушного шума (R'_W, дБ) для конкретных конструктивных решений ограждений рассчитываются по нормативной частотной характеристике действующего стандарта СТ СЭВ 4867-84 “Защита от шума в строительстве. Звукоизоляция ограждающих конструкций. Нормы”.

Одновременно отметим, что с точки зрения технической защиты информации (ТЗИ) наиболее существенными являются данные в диапазоне от 250 до 4000 Гц.

В качестве примера в табл. 16.9 приведены примеры звукоизоляции некоторых видов стен и перегородок, наиболее часто используемых в современных строительных конструкциях и поэтому представляющих наибольший интерес с точки зрения ЗИ.

На основе подробного анализа этих данных можно сделать ряд выводов: при прочих равных условиях кирпичная кладка менее звукопроводна, чем однородный бетон, а пористый кирпич и ячеистый бетон плохо проводят звук; известковый раствор делает каменную кладку менее звукопроводной, чем цементный раствор; при равном весе на единицу площади ограждения из дерева обладают относительно низкой звукопроводностью, и даже некоторые волокнистые материалы или материалы из древесных отходов могут дать хорошие результаты. Но в то же время пористые материалы со сквозными порами значительно ухудшают звукоизоляцию.

Таблица 16.9.Параметры звукоизоляции некоторых видов стен и перегородок

От одиночной стены или перегородки можно в лучшем случае добиться звукоизоляции от 40 до 50 дБ. Для увеличения звукоизоляции стен используются пористые материалы и многослойные стены. Также можно заглушать мягким пористым материалом любой резонанс, который может возникнуть в воздушной прослойке между перегородками.

При рассмотрении вопросов передачи воздушных шумов очевидно, что масса и вес перекрытиязначительно влияют на звукоизоляционные свойства строительных конструкций. Аналогично можно провести анализ звукоизоляционных свойств междуэтажных перекрытий. Параметры некоторых из них приведены в табл. 16.10.

Соответственно на основе детального анализа данных можно сделать ряд выводов: улучшения звукоизоляции можно добиться, если чистый пол сделать независимым от самой несущей части перекрытия (чистый пол на битуме; паркет, наклеенный на пробку и т.д.). Также для улучшения звукоизоляционных свойств используются ковровые покрытия и линолеум.

Широко используются подвесные потолки. Для эффективности двойной перегородки необходимо, чтобы толщина воздушной прослойки была не меньше 10 см. Подвесной потолок в силу необходимости должен быть очень легким, что уменьшает звукоизоляцию. Поэтому необходима укладка слоя пористого материала. Потолок должен быть независимым от перекрытия, для чего можно использовать пружинящие подвески.

С точки зрения звукоизоляции открывающиеся элементы здания (двери и окна) всегда представляют собой слабые места не только потому, что собственная их звукоизолирующая способность мала, но и потому, что плохая подгонка переплетов окон и полотен дверей к коробкам и деформация их с течением времени ведут к образованию сквозных щелей и отверстий.

Таблица 16.10.Параметры звукоизоляции некоторых видов междуэтажных перекрытий

Окончание таблицы 16.10

С точки зрения звукоизоляции открывающиеся элементы здания (двери и окна) всегда представляют собой слабые места не только потому, что собственная их звукоизолирующая способность мала, но и потому, что плохая подгонка переплетов окон и полотен дверей к коробкам и деформация их с течением времени ведут к образованию сквозных щелей и отверстий.

Согласно данным, которые приведены в литературе, можно составить таблицы, характеризующие звукоизоляционные свойства некоторых видов оконных проемов и дверей (табл. 16.11 и 16.12, соответственно).

Таблица 16.11.Параметры звукоизоляции некоторых видов оконных проемов

Окончание таблицы 16.11

Проведя детальный анализ, можно заметить, что в лучшем случае устанавливаются последовательно две двери на расстоянии не меньше, чем 10 см; идеальным решением является тамбур. Во всех случаях промежуточное пространство между дверями должно быть заглушено звукопоглощающим материалом.

Таблица 16.12.Параметры звукоизоляции некоторых видов дверных проемов

Окончание таблицы 16.12

Окна должны состоять из двух полностью независимых и отделенных друг от друга переплетов. Предпочтительно двойное остекление. Чтобы избежать резонанса и совпадения собственных частот колебаний, оба стекла делаются различной толщины; чтобы избежать передачи колебаний от стекла к стеклу делают упругое крепление.

Анализ звукоизоляционных свойств трубопроводовосложняется особенностями данных конструкций и принципами их построения. Поэтому для улучшения звукоизоляционных свойств помещения в целом трубопроводы и их окончания изолируют от стен. В то же время желательно, чтобы наименьшее количество их проходило через защищаемые помещения.

Необходимо отметить, что с точки зрения утечки конфиденциальной информации за счет съема виброакустического сигнала, некоторую угрозу представляют также и системы жизнеобеспечения зданий и сооружений. К таким системам следует отнести те технические средства и коммуникации, без которых невозможна полноценная эксплуатация здания. Основной особенностью данных систем является их возможный выход за пределы контролируемой зоны (КЗ) либо охраняемой территории.

Трубы системы водоснабжения, канализации, вентиляции и отопления могут служить для передачи виброакустических колебаний, вызванных человеческой речью либо другим источником звука в помещении, на значительные расстояния.

Следует подчеркнуть, что речевая информация может быть снята также посредством контроля акустоэлектрических преобразований, которые могут иметь место в технических средствах и оконечных устройствах систем жизнеобеспечения зданий и сооружений (система энергоснабжения, система пожарной сигнализации и система охранной сигнализации).

Таким образом, на подготовительном этапе построения комплексной системы защиты информации либо при выборе помещения для ведения конфиденциальных переговоров необходимо особое внимание уделить звукоизоляционным свойствам зданий и сооружений, в которых предстоит разместить данное помещение.

Специальные экранированные помещения позволяют достичь ослабления сигнала до 80–100 дБ. В табл. 16.13 приведены предельно достижимые значения затухания радиоволн для различных конструкций экранированных помещений.

Таблица 16.13.Эффективность экранирования

При экранировании помещений необходимо добиваться полного контакта защитной сетки на стыках, на вводах коммуникаций и в дверных проемах. Также тщательно должны закрываться вентиляционные отверстия и вводы силовых и телефонных линий.

В частности, вентиляционные отверстия для конструкции, приведенной в конце табл. 16.9, должны быть защищены минимум тремя мелкоячеистыми (5 мм) сетками, установленными через 15 см. Экранированные помещения позволяют полностью нейтрализовать любые типы устройств радиотехнической разведки. Однако высокая стоимость, снижение комфортности и другие неудобства для персонала (использование двойных дверей с тамбуром и взаимной блокировкой, чтобы при входе одна дверь была обязательно закрыта) делают применение таких инженерных решений оправданным только при защите информации очень высокой важности.

Очень важно также и заземление— как ТСПИ, так и экранированного помещения. В первую очередь необходимо, чтобы защищаемое помещение имело контур заземления, не выходящий за пределы этого помещения. Все приборы, корпуса ТА, компьютеры, ФА, телетайпы и т.д. должны быть заземлены на общий контур заземления. В качестве контура заземления не рекомендуется использовать элементы отопления, металлоконструкции зданий. Допускается заземление оконных устройств через оплетку подходящих к ним кабелей. Контур заземления должен быть замкнутым, т.е. охватывать все помещение. Сопротивление заземления должно быть во всех случаях менее 4 Ом. Заземлением всех устройств в помещении пренебрегать нельзя. По возможности приборы, используемые в помещении, имеют индивидуальную экранировку.

Очень важным фактором является также и широкое применение сетевых фильтров. Сетевые фильтры обеспечивают защищенность электронных устройств не только от внешних помех, но и от различного вида сигналов, генерируемых устройствами, которые могут служить источником утечки информации.

Возникновение наводок в сетях питаниячаще всего связано с тем, что различные ТСПИ подключены к общим линиям питания. Однофазная система распределения электроэнергии должна осуществляться трансформатором с заземленной средней точкой, трехфазная — высоковольтным понижающим трансформатором. Сетевые фильтры выполняют две защитные функции в цепях питания ТСПИ:

• защита аппаратуры от внешних импульсных помех;

• защита от наводок, создаваемых самой аппаратурой.

Поскольку устранение наводок в цепях аппаратуры ТСПИ чрезвычайно важно, к фильтрам цепей питания предъявляются довольно жесткие требования. Затухание, вносимое в цепи постоянного или переменного тока частотой 50 или 400 Гц, должно быть минимальным и иметь значение в широком диапазоне частот: до 10⁹ или даже 10¹⁰ ГГц, в зависимости от конкретных условий.

При выборе фильтров для цепей питания нужно исходить из следующих параметров цепей и фильтров:

• номинальных значений токов и напряжений в цепях питания, а также допустимого значения падения напряжения на фильтре при максимальной для данной цепи нагрузке;

• ограничений, накладываемых на допустимые значения искажений формы напряжения питания при максимальной нагрузке;

• допустимых значений реактивной составляющей тока на основной частоте напряжения питания;

• необходимого затухания фильтра с учетом заданных значений сопротивлений нагрузки и источников питания;

• механических характеристик (размеры, масса, способ установки и тип корпуса фильтра);

• степени экранирования фильтра от различных посторонних полей, обеспечиваемого конструкцией его корпуса.

Рассмотрим влияние этих параметров более подробно.

Напряжение, приложенное к фильтру, должно быть таким, чтобы оно не вызывало пробоя конденсаторов фильтра при различных скачках питающего напряжения, включая скачки, обусловленные переходными процессами в цепях питания. Чтобы при заданных массе и объеме фильтр обеспечивал наилучшее подавление наводок в требуемом диапазоне частот, его конденсаторы должны обладать максимальной емкостью на единицу объема или массы. Кроме того, номинальное значение рабочего напряжения конденсаторов выбирается, исходя из максимальных значений допустимых скачков напряжения цепи питания, но не более их.

Ток через фильтрдолжен быть таким, чтобы не возникало насыщения сердечников катушек фильтров. Кроме того, следует учитывать, что с увеличением тока через катушку увеличивается реактивное падение напряжения на ней. Это приводит к тому, что:

• ухудшается эквивалентный коэффициент стабилизации напряжения в цепи питания, содержащей фильтр;

• возникает взаимосвязь переходных процессов в различных нагрузках цепи питания.

Наибольшие скачки напряжения при этом возникают во время отключения нагрузок, так как большинство из них имеет индуктивный характер. Затухание, вносимое фильтром, может быть выражено следующим образом:

A(dB) = 20 lg = 10 lg ,

где U,P,U,P— напряжения и мощность, подводимые к нагрузке, соответственно, до и после включения фильтра.

Фильтры в цепях питания могут быть самой разной конструкции: их объемы составляют от 0,8 см³ до 1,6 м³, а масса — от 0,5 до 90 кг. В общем случае,размерыимассафильтра будут тем больше, чем:

• больше номинальное напряжение и ток фильтра;

• меньше потери на внутреннем сопротивлении фильтра;

• ниже частота среза;

• больше затухание, обеспечиваемое фильтром вне полосы пропускания (т.е. чем больше число элементов фильтра).

Связь между входом и выходом фильтразачастую может быть довольно значительной (не хуже 60 дБ), несмотря на разнообразные средства борьбы с ней. Конструкция фильтра должна обеспечивать такую степень ослабления этой связи, которая позволила бы получить затухание, обеспечиваемое собственно фильтром. Поэтому, в частности, фильтры с гарантированным затуханием в 100 дБ и больше выполняют в виде узла с электромагнитным экранированием, который помещается в корпус, изготовленный из материала с высокой магнитной проницаемостью магнитного экрана. Этим существенно уменьшается возможность возникновения внутри корпуса паразитной связи между входом и выходом фильтра из-за магнитных, электрических или электромагнитных полей.

К числу защищаемых устройств относят самую разнообразную аппаратуру: компьютеры, приемники диапазона длинных и средних волн, радиотрансляционные приемники и т.п. Сетевой фильтр включают между сетью и устройством потребления.

На рис. 16.13 представлена принципиальная схема сетевого фильтра, рассчитанного на мощность нагрузки в 100 Вт. Он обеспечивает питание одновременно двух потребителей.

Рис. 16.13.Принципиальная схема сетевого фильтра

В этом фильтре использованы два способа подавления помех: фильтрация рассредоточенным дросселем Др1, Др2 и экранирование сетевой обмотки трансформатора Т1 и выходной обмотки трансформатора Т2. Электростатическим экраном сетевой обмотки трансформатора Т1 и выходной обмотки трансформатора Т2 служат магнитопроводы и низковольтные обмотки трансформаторов, расположенные поверх высоковольтных и соединенные с общим проводом фильтра и устройств потребителя. Поскольку направления обмотки обмоток и индуктивность дросселей Др1 и Др2 одинаковы, а токи через обмотки Др1 и Др2 противофазны, то сумма магнитных полей этих обмоток равна нулю. И результирующее сопротивление дросселей переменному току промышленной частоты равно активному сопротивлению обмоток. Следовательно, падение напряжения на дросселях Др1 и Др2 практически равно нулю.

В устройстве использованы два серийных трансформатора Т1 и Т2 типа ТПП296-127/220-50. Режекторный дроссель Др1 и Др2 выполнен на ферритовом кольцевом магнитопроводе марки М4000 размером К65×32×8. Две обмотки наматываются в два провода одновременно проводом МГШВ-0,5 и содержат по двадцать витков каждая. Намотка должна быть в один слой. Марка феррита и размер сердечника могут быть другими, но индуктивность дросселей должна быть около 1,5 МГц. Конденсаторы С1 и С2 должны быть рассчитаны на напряжение более 400 В.

Для защиты линий питания и телефонных или информационных линий широко применяются фильтры типа ФСП1, ПЭТЛ “Рикас-1” или “Рикас-2”, а также “Гранит-8”, имеющие следующие характеристики:

• диапазон частот — от 0,15 до 1000 МГц;

• максимальный ток 5А;

• затухание составляет 60 дБ;

• максимальное напряжение по постоянному току 500 В;

• максимальное напряжение по переменному току 250 В при 50 Гц.

Кроме того, при эксплуатации современных ПЭВМ широко используются источники бесперебойного питания(ИБП), которые позволяют обеспечить питание компьютера при отключении питания сети, а также позволяют обеспечить защиту от утечки информации по цепям питания.